楊燕紅,王永忠
(西華大學(xué) 汽車測控與安全四川省重點實驗室,成都 610039)
高等學(xué)校承擔(dān)教學(xué)與科研的雙重任務(wù)。高校內(nèi)燃機實驗室是車輛工程、熱能與動力工程、汽車服務(wù)專業(yè)授課及大學(xué)生科技創(chuàng)新活動必不可少的場所。同時,隨著高校與企業(yè)產(chǎn)、學(xué)、研的結(jié)合日益緊密,學(xué)校教師利用內(nèi)燃機實驗室開展相關(guān)研究、測試的科研項目也越來越多[1-6]。
面向教學(xué)及科研,結(jié)合學(xué)校內(nèi)燃機實驗室重建項目,進行了如下內(nèi)燃機實驗室的規(guī)劃、設(shè)計及實施。
整個實驗室分為主樓和輔樓兩部分,如圖1所示[7]。實驗室的主樓后側(cè)僅有一層,層高7 m,樓下為安裝發(fā)動機臺架的實驗室,樓上為安裝各實驗室通風(fēng)設(shè)備的地方。主樓前側(cè)(控制室一側(cè))為兩層,第一層主要為教學(xué)活動場所,第二層為科研活動場所。
考慮到發(fā)動機試驗時的振動及噪聲,教學(xué)及科研用發(fā)動機臺架都安裝在一樓,如圖2所示。1至5號實驗室共設(shè)置了7個發(fā)動機臺架,測試設(shè)備安裝使用情況如表1所示。
實驗室采用常規(guī)的通風(fēng)方式,即利用外部空氣強制通風(fēng),從實驗室?guī)ё吒飨到y(tǒng)產(chǎn)生的熱量。
根據(jù)各實驗室配置的發(fā)動機型號、規(guī)格及測功機型號,通過實驗室發(fā)動機、排氣系統(tǒng)、測功機等散失的熱量比例可估算熱負(fù)荷是HL(kW),如表2所示。
根據(jù)各實驗室的熱負(fù)荷HL,則需要的空氣流量計算公式為:
由于實驗室溫度升高10℃是合理的,則ΔT=10℃。
圖1 試驗室總體外觀
圖2 實驗室一層平面總體布局
表1 各實驗室測試設(shè)備情況
有了各實驗室所需通風(fēng)的空氣流量,再加上一定的富余量,就可以確定各實驗室通風(fēng)系統(tǒng)的組成及規(guī)格如表4所示。
從既往的科研項目來看,在發(fā)動機臺架上進行可靠性、耐久性及相關(guān)性能試驗的情況較多,這些試驗占用臺架時間長,且具有連續(xù)性。考慮到在進行科研活動的同時,教學(xué)活動也有可能同時進行,本實驗室發(fā)動機及臺架冷卻系統(tǒng)采用水池存水的開式系統(tǒng),如圖3所示。
圖3 水池在水的開放式冷卻凈流
表2 實驗室發(fā)動機、排氣系統(tǒng)、測功機等散失的熱量比例
水池位于地面以下,由隔水墻分為熱水池和冷水池,水從冷水池一側(cè)開始循環(huán),通過冷卻水循環(huán)泵加壓到測功機及發(fā)動機冷卻系統(tǒng)對其進行冷卻,然后流回到熱水池一側(cè)。熱水通過冷卻塔泵抽到冷卻塔上,再由冷卻塔流回冷水池。
表3 實驗室的排風(fēng)、送風(fēng)量
對經(jīng)過發(fā)動機冷卻水套后的溫度升高值一般設(shè)計為10℃。將電渦流測功機冷卻水最高出口溫度為60℃,水力測功機冷卻水最高出口溫度定為70℃。
根據(jù)表5及各實驗室的配置可得到各實驗室的冷卻負(fù)荷。由冷卻負(fù)荷及表6可計算出各實驗室的冷卻水流量。根據(jù)各實驗室的冷卻水流量,則可確定冷卻系統(tǒng)的水流量。
表4 實驗室通風(fēng)系統(tǒng)的組成及規(guī)格
表5 冷卻負(fù)荷
表6 冷卻水流量
根據(jù)各實驗室的配置,由表5計算出冷卻負(fù)荷,再根據(jù)冷卻負(fù)荷由表6計算出各實驗室的冷卻水流量,從而確定冷卻系統(tǒng)的設(shè)備型號。
本實驗室建成后,極大地改善了發(fā)動機實驗環(huán)境,很好地滿足了教學(xué)及科研的需求。實驗室內(nèi)可一次性完成內(nèi)燃機原理實驗、環(huán)保學(xué)實驗等實驗項目。實驗室還面向企業(yè)及社會進行了新型燃料對比試驗、發(fā)動機及其零部件性能及耐久性實驗、發(fā)動機排放試驗等科研項目。被政府相關(guān)部門授予“汽車整車及零部件測試”重大產(chǎn)業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺。
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